5.4. Модуляция

В соответствии с используемыми видами модуляции в радиопередающих устройствах используются модулируемые устройства трех видов:

амплитудно-модулируемый каскад;

частотно модулированный каскад;

фазомодулированный каскад.

Технически эти устройства реализуются с использованием различных схемных решений. Рассмотрим некоторые схемы модулируемых устройств.

5.4.1. Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции производится изменение амплитуды высокочастотного несущего колебания по закону передаваемого сообщения:

S(t)=S₀(1+m cosWt)cosw₀t

При отсутствии модуляции (m=0) режим называется режимом молчания (режим несущей). При этом колебательная мощность на выходе модулируемого каскада Р_~мод равна мощности немодулируемого генератора Р_~н:

Р_~мод=Р_~н

При максимальном значении управляющего сигнала колебательная мощность на выходе модулируемого каскада Р_~мах:

Р_~мах=Р_~н(1+m)²

Поскольку модулируемый сигнал, как правило, является случайным, то глубина модуляции m постоянно меняется. Средняя колебательная мощность на выходе модулируемого каскада Р_~ср в режиме модуляции:

Р_~ср =Р_~н(1+m²_ср/2)

где m_ср - среднестатистический коэффициент модуляции (m_ср=0,3…0,4 для речевого сигнала).

Среднестатистический коэффициент модуляции определяется величиной пикфактора сигнала П_ф, который характеризует отношение максимального значения сигнала к эффективному:

m_ср=0,707 m_мах/П_ф

При этом токи и напряжения в режиме несущей:

I_к1н=I _к1мах/(1+m)

I_к0н=I _к0мах/(1+m)

U_mкн=U_mкмах/(1+m)

Исходным параметром при проектировании АМ РПУ является колебательная мощность на выходе модулируемого каскада в режиме несущей Р_~н, однако транзистор модулируемого каскада должен развивать при максимуме модуляции мощность Р_~мах.

Важными характеристиками модулируемого каскада являются статическая m=F(U_вх) и динамическая m=F(W_мод) модуляционная характеристики. В идеальном случае статическая характеристика является линейной функцией с минимальным нулевым и максимальным единичным значением. На практике это нелинейная характеристика, причем с различным наклоном для положительных m⁺ и отрицательных m^- полуволн модулирующего сигнала. Динамическая модуляционная характеристика в идеальном случае не зависит от частоты в интервале частот модуляции от минимальной W_мин до максимальной W_мах. Нелинейность статической модуляционной характеристики приводит к нелинейным искажениям, а нелинейность динамической модуляционной характеристики приводит к линейным (частотным) искажениям амплитудно-модулированного сигнала. Нелинейные и линейные искажения амплитудно-модулированного сигнала могут возникать также в последующих каскадах, осуществляющих усиление и фильтрацию сигнала.

Вне зависимости от того, какие активные элементы используются в модулируемых каскадах, различают следующие виды АМ:

• модуляция на входной электрод активного элемента;

• модуляция на выходной электрод активного элемента;

• комбинированная модуляция (на входной и выходной электрод активного элемента).

Перечисленные виды модуляции имеют различные максимальные достижимые индексы модуляции, необходимую мощность источника модулирующего сигнала и линейность модуляционных характеристик.

Для биполярных транзисторов:

• модуляция на входной электрод активного элемента (базовая модуляция) требует небольшой мощности от источника модулирующего сигнала, но не позволяет получить стопроцентной модуляции при приемлемой линейности статической модуляционной характеристики, имеет низкий коэффициент полезного действия;

• модуляция на выходной электрод активного элемента (коллекторная модуляция) требует большую мощность от источника модулирующего сигнала, позволяет получить близкую к стопроцентной глубину модуляции при хорошей линейности статической модуляционной характеристики, имеет высокий коэффициент полезного действия;

• комбинированная модуляция (на входной и выходной электрод активного элемента – коллекторно-базовая модуляция) требует большую мощность от источника модулирующего сигнала, позволяет получить близкую к ста процентам глубину модуляции при самой хорошей по сравнению с предыдущими двумя видами модуляции линейностью статической модуляционной характеристики, имеет высокий коэффициент полезного действия.